A importância da estrutura metálica na construção civil
The importance of metal structure in civil construction
DOI:10.34117/bjdv5n11-084Recebimento dos originais: 27/10/2019 Aceitação para publicação: 08/11/2019
Paulo Vitor Silva de Almeida
Estudante de Engenharia Civil na Faculdade de Vassouras.
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Samys Fahndrich Dias Kopke Auad.
Estudante de Engenharia Civil na Faculdade de Vassouras.
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E-mail: samysauad@hotmail.com
RESUMO
As estruturas metálicas passaram a ser utilizadas na construção civil no século XVII.O aço possibilita a realização de construções eficazes de alta qualidade, e com alto padrão estético. Utilizar o aço está associado com uma redução do tempo de serviço, e um aumento da produtividade. O objetivo deste trabalho é compreender a importância da utilização de estruturas metálicas na construção civil. A metodologia utilizada foi a revisão bibliográfica. O aço tem sido muito utilizado na construção metálica e em estruturas metálicas, entretanto no Brasil ainda se faz muito o uso de concreto, visando uma economia de materiais. As estruturas metálicas possibilitam um maior arranjo arquitetônico, de forma que tais estruturas podem substituir as estruturas convencionais. O aço estrutural é o mais utilizado nas estruturas metálicas sendo que o ASTM A-572 e o ASTM A-588 são os mais citados na literatura pesquisada.
Palavras-chaves: Aço. Estrutura Metálica. Construção Civil. ABSTRACT
Metal structures began to be used in civil construction in the seventeenth century. Steel enables the realization of effective constructions of high quality and high aesthetic standard. Using steel is associated with reduced service life and increased productivity. The aim of this paper is to understand the importance of using metallic structures in civil construction. The methodology used was the literature review. Steel has been widely used in metal construction and metal structures, however in Brazil the use of concrete is still very much, aiming at a material economy. Metal structures allow a greater architectural arrangement, so that such structures can replace conventional structures. Structural steel is the most used in steel structures, and ASTM A-572 and ASTM A-588 are the most cited in the literature.
1. INTRODUÇÃO
As estruturas metálicas passaram a ser utilizadas na construção civil no século XVII.O aço possibilita a realização de construções eficazes de alta qualidade, e com alto padrão estético. Utilizar o aço está associado com uma redução do tempo de serviço, e um aumento da produtividade.
A primeira obra de destaque feita de aço foi a ponte Severn:
A primeira obra importante foi a ponte sobre Severn em Coalbrookdale, em 1779 na Inglaterra, projetada por Abraham Darby com vão de 30m, depois oram construídos edifícios industriais e estações de trens, apesar disto o ferro ainda continuava sendo mais restrito a pontes. Apenas na revolução Industrial o uso do aço começou a ser generalizado. o primeiro edifício metálico foi o Palácio de Cristal, construído em Londres em 1851. Porém, no Brasil, somente no século XX a indústria siderúrgica implantou-se com a Companhia Siderúrgica Belgo Mineira, e foi nos primeiros anos da Segunda Guerra Mundial com a criação da Companhia Siderúrgica Nacional (CSN), em Volta Redonda no Rio de Janeiro, que começou a fabricação de perfis metálicos em maior escala no país. (BELLEI, ILDONY ,2008)
Nos anos 90 houve muitas mudanças no que se refere aos materiais utilizados na construção civil, o aço passou a ser muito utilizado e houve uma evolução das tecnologias utilizadas, e sistemas estruturais(Cadernos de Engenharia,2002).
Atualmente as estruturas de aço têm sido muito utilizadas, pois é conhecido que o uso acarreta diversas vantagens, como resistência, menor peso da altura, capacidade de suportar maiores vãos, estruturas mais finas o que leva a uma maior área útil. O aço tem sido mais utilizado pois outros métodos apresentam grandes limitações, porém no Brasil o uso do concreto ainda está presente na maioria das construções, pois a mão de obra muitas vezes não possui qualificação para trabalhar com as estruturas metálicas e o uso do concreto é mais barato do que o uso do aço (ROSSATO,2015)
Porém, falar que o uso do concreto é mais barato, é algo relativo, pois depende do trabalho final, já que as obras feitas com estruturas metálicas tendem a ser construídas de forma mais rápida, o que reduz o custo final da produção (ROSSATO,2015).
Segundo Nardin (2008), a precisão é muito maior nas estruturas de aço, pois é medida em milímetros, diferentemente das construções convencionais que a precisão é em centímetros.O aço é compatível com diversos tipos de materiais de fechamento, como exemplos tijolos, blocos lajes e painéis de concreto.O aço utilizados nas construções civis podem ser divididos em dois tipos: com fins estruturais e sem fins estruturais.
O objetivo deste trabalho é compreender a importância da utilização de estruturas metálicas na construção civil através de uma revisão bibliográfica.
A escolha do tema se justifica, pois atualmente as estruturas metálicas são muito utilizadas na construção civil, considera-se importante um estudo sistemático sobre o assunto, visando proporcionar contribuições para diversas profissões como arquitetos, engenheiros e empreendedores.
2. METODOLOGIA
A metodologia consiste em uma variedade de parâmetros a partir da qual se viabiliza a realização de pesquisa científica de modo organizado, bem delimitado e criterioso. Isto é indispensável para que o trabalho seja considerado academicamente válido, gerando soluções pra os problemas levantados, hipóteses confirmadas/refutadas e objetivos sólidos, pertinentes e que se adequem ao estado da questão em que o problema se insere(FONSECA, 2002).
Nesse sentido, será realizada uma revisão bibliográfica sobre estruturas metálicas na construção civil. A busca será feita nos bancos de "Scielo”,e "Google Acadêmico, utilizando os descritores: ”Estruturas Metálicas” e “Construção Civil”. Posteriormente será feita uma análise crítica do levantamento de teóricos sobre o tema.
Segundo Gomes (2003), através da análise é possível encontrar respostas para as questões formuladas e também é possível confirmar ou não as questões formuladas, e afirmações estabelecidas antes do trabalho de investigação.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 O AÇO
O uso do ferro e do aço na construção civil no Brasil, se deu tardiamente, e isso se deve a necessidade de altas temperaturas para a fabricação. Ferraz (2003) explica o processo de produção do aço:
A usina siderúrgica é a empresa responsável pela transformação do minério de ferro em aço, de maneira que ele possa ser usado comercialmente. Este processo tem o nome de Redução. Primeiramente, o minério – cuja origem básica é o óxido de ferro (FeO) – é aquecido em fornos especiais (alto fornos), em presença de carbono (sob a forma de coque ou carvão vegetal) e de fundentes (que são adicionados para auxiliar a produzir a escória, que, por sua vez, é formada de materiais indesejáveis ao processo de fabricação). O objetivo desta primeira etapa é reduzir ao máximo o teor de oxigênio da composição FeO. A partir disso, obtém-se o denominado ferro-gusa, que contém de 3,5 a 4,0% de carbono em sua estrutura. Como resultado de uma segunda fusão, tem-se o ferro fundido, com teores de carbono entre 2 e 6,7%. Após uma análise química do ferro, em que se verificam os teores de carbono, silício, fósforo, enxofre, manganês entre outros elementos, o mesmo segue para uma unidade da siderúrgica denominada aciaria, onde será finalmente transformado em aço. O aço, por
fim, será o resultado da descarbonatação do ferro gusa, ou seja, é produzido a partir deste, controlando-se o teor de carbono para no máximo 2%. O que temos então, é uma liga metálica constituída basicamente de ferro e carbono, este último variando de 0,008% até aproximadamente 2,11%, além de certos elementos residuais resultantes de seu processo de fabricação.
Há diversos tipos de aços, que são diferentes em relação ao tamanho e uniformidade das partículas que os compõem, além de diferenças na composição química, esta podendo ser alterada de acordo com a necessidade de aplicação do aço. O material é resistente a tração, a compressão, a flexão podendo ser laminado, forjado, estampado oi estriado(FERRAZ,2003).
Imianowsky (2013) que os diversos tipos de aço possuem boas propriedades mecânicas conforme mostra o quadro a seguir:
Quadro 1: Propriedades do aço
Propriedade Característica
Ductilibidade A capacidade do material de se deformar plasticamente sem se romper e é definida pela extensão do patamar de escoamento. Nas estruturas metálicas, esta característica é de extrema importância pelo fato de permitir a redistribuição de tensões locais elevadas. Desse modo, as peças de aço sofrem grandes deformações antes de se romper, constituindo um aviso da presença de tais tensões. Além disso, a ductilidade é uma propriedade que torna o aço resistente a choques bruscos.
Tenacidade É a capacidade do material de absorver energia quando submetido à carga de impacto. É a energia total, elástica e plástica, absorvida pelo material por unidade de volume até a sua ruptura, representando a área total do diagrama tensão de formação. Logo, um material dúctil com a mesma resistência de um material frágil possui uma maior tenacidade, já que requer maior quantidade de energia para ser rompido
Elasticidade É a capacidade do material de voltar à forma original após sucessivos ciclos de carregamento e descarregamento. O aço sofre deformações devido ao efeito de tensões de tração ou de compressão. Tais deformações podem ser elásticas ou plásticas, devido à natureza cristalina dos metais através de planos de escorregamento ou de menor resistência no interior do reticulado. Os aços
estruturais possuem um módulo de elasticidade da ordem de 205000 MPa, a uma temperatura de 20°C.
Plasticidade É uma deformação definitiva provocada pelo efeito de tensões iguais ou superiores ao limite de escoamento do aço. Deve-se impedir que a tensão correspondente ao limite de escoamento seja atingida nas seções transversais das barras, como forma de limitar a sua deformaç
Fonte: Imianowsky(2013)
O aço tem sido cada vez mais utilizado nas construções, e isso se deve as necessidades que não são satisfeitas pelo uso de outros materiais. Nas estruturas metálicas por exemplo, a precisão deve ser medida em milímetro, o que possibilita um maior nivelamento, o que possibilita atividades como: instalação de elevadores com redução de custo(NARDIM,2008).
As estruturas de aço são compatíveis com qualquer material, podendo ser usados blocos, tijolos, lajes, painéis de concreto e driy wall. Outro aspecto positivo associado com o uso do aço é a possibilidade de uma maior organização do canteiro de obras, já que o aço é pré fabricado e não gera um grande depósito de areia, madeira e ferragens(NARDIM,2008).
Os aços estruturais são muito utilizados na construção, pois são adequados para suportar cargas. Entretanto, eles precisam ter alguns requisitos para serem utilizados em estruturas de acordo com Ferraz (2003):
- Elevada tensão de escoamento;
- Elevada tenacidade para prevenir fratura rápida - Boa soldabilidade;
- Boa formalidade - Custo reduzido.
Figura 1: Aço estrutural
Fonte: www.forumdaconstrucao.com.br
Sobre os tipos de aço:
Entre os aços estruturais existentes atualmente, o mais utilizado e conhecido é o ASTM A36, que é classificado como um aço carbono de média resistência mecânica, eles dependem do teor de Carbono para desenvolver sua. Há também outros tipos de aço o ASTM-242, cujo processo de fabricação é a laminação a quente. É um aço estrutural de alta resistência e baixa liga, sendo utilizado para chapas e perfis; o ASTM 572; o ASTM A-588(IMIANOWSKY,2013).
3.2 O AÇO UTILIZADO EM ESTRUTURAS METÁLICAS
Em estruturas metálicas, pontes e viadutos são usados aços de alta resistência e baixa liga, trata-se de um material de grande resistência a corrosão atmosférica, trata-sendo que para tal uso é necessário um enquadramento nas Normas Brasileiras, que definem limites de composições químicas e propriedades mecânicas(IMIANOWSKY,2013).
Figura 2: Viaduto com estrutura Metálica
Fonte: https://www.famsteel.com.br/
Imianowsky,(2013), coloca:
A grande vantagem dos aços de alta resistência e baixa liga, além de dispensarem a pintura em certos ambientes, é possuírem uma resistência mecânica maior que a dos aços carbono. Em ambientes extremamente agressivos, como regiões que apresentam grande poluição por dióxido de enxofre ou aquelas próximas da orla marítima, a pintura lhes confere um desempenho superior àquele conferido aos aços carbono Este tipo de aço também é denominado de aço estrutural e, de acordo com Pannoni os elementos que influenciam as propriedades mecânicas dos aços carbono estruturais são a composição química, a termomecânica do material, a geometria, temperatura, tensões e velocidade de deformação da estrutura. O aspecto de maior relevância nas propriedades do aço é sua composição química. Nos carbonos comuns o carbono e o manganês influenciam no controle da resistência, ductilidade e soldabilidade Grande parte dos aços carbonos estruturais tem mais de 98% de Ferro e de 0,2 a 1% de Carbono e aproximadamente 1% de manganês em seu peso. O carbono é responsável pela dureza e resistência do aço, mas em contrapartida afeta sua ductilidade e soldabilidade (IMIANOWSKY,2013).
Para dimensionar as estruturas é preciso levar em consideração a estabilidade, o conforto, a durabilidade e a segurança, sendo que as estruturas devem ser dimensionadas com uma margem de segurança, evitando perda de estabilidade e deterioração (PINHO; BELLEI, 2007).
Em casos de pontes e viadutos, há uma grande diversidade de aço estrutural que pode ser usado nesse tipo de construção, sendo que a maior parte dessas construções usam aço de alta resistência e baixa liga, podendo ser usado diversos elementos de liga, com a finalidade de obter grande resistência
mecânica. Trata-se de um aço resistente, que possui em sua composição cromo, carbono, cobre, vanádio, titânio e nióbio e que não necessitam de pintura. Os tipos mais utilizados são: ASTM A-572 e o ASTM A-588(IMIANOWSKY,2013).
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O aço tem sido muito utilizado na construção metálica e em estruturas metálicas, entretanto no Brasil ainda se faz muito o uso de concreto, visando uma economia de materiais.
As estruturas metálicas possibilitam um maior arranjo arquitetônico, de forma que tais estruturas podem substituir as estruturas convencionais.
O aço estrutural é o mais utilizado nas estruturas metálicas sendo que o ASTM A-572 e o ASTM A-588 são os mais citados na literatura pesquisada.
REFERÊNCIAS
Caderno de Engenharia,Universidade de São Paulo,2002.Disponível em: <http://www.set.eesc.usp.br/cadernos/nova_versao/pdf/cee20.pdf> Acesso em 08 de Abril de 2019.
BELLEI, ILDONY H. Edifícios de MúltiplosAndares em Aço. 2ª edição. São Paulo. Pini, 2008.
___________. Pontes e viadutos em vigas mistas. Rio de Janeiro: IBS/CBCA, 2007. São Carlos: Universidade de São Paulo, 2007
FERRAZ, H.O aço na construção civil. Revista Eletrônica de Ciências, v.22,2003.
IMIANOWSK,W.K. Os principais aços carbonoutilizados na construção civil,2013.Disponível em:
http://www.crea-<sc.org.br/portal/arquivosSGC/a%C3%A7os%20carbono%20constru%C3%A7%C3%A3o%20civil .pdf>Acesso em: 07 de Outubro de 2019.
NARDIN,F,A. A Importância da Estrutura Metálica na Construção Civil. Monografia apresentada à disciplina Trabalho de Conclusão de Curso, do Curso de Engenharia Civil da Universidade São Francisco, iTATIBA,2008.
ROSSETO,B.M. Estudo comparativo de uma edificação em
estrutura metálica/concreto armado: Estudo de caso. Trabalho de Conclusão de Curso em
